对比思想是研究和学习高中物理的一种极其重要的思维方法,它能启发学生的思维,对一些彼此有联系又有区别、容易混淆的知识,通过对比能有助于学生掌握事物的本质,寻找解决问题的方法.
运动的合成与分解是中学物理教学的难点之一,而连结体问题又是物体运动过程较复杂问题,连接体问题涉及多个物体,具有较强的综合性,是力学中重要考查的内容,对物绳相互牵连运动类问题同学们普遍感到非常棘手,解题时常常出现错误.下面通过对比分析,对这类问题进行探讨,希望能对同学们有所帮助.
一、关联速度对比
绳、杆等有长度的物体,在运动过程中,其两端点的速度通常是不一样的,但两端点的速度是有联系的,称之为“关联”速度.由于绳、杆的长度是不变的原因,关联速度的关系――沿杆(或绳)方向的速度分量大小相等.
***1 中v1、v2均沿绳方向,所以有v1=v2.
***2 中v1沿绳方向,v2沿绳方向,所以v1≠v2,v1沿绳方向的分速度与v2相等.
二、矢量分解对比
1.合运动与分运动的关系――物体的实际运动方向才是合速度的方向.
速度的分解必须依据它的实际效果进行,物体的实际运动方向才是合速度的方向,***3中,A点的实际速度方向沿水平方向而不是沿绳方向.若把拉绳的速度分解为水平方向和竖直向上的分运动,就没有实际意义了,因为实际上并不存在竖直方向的分运动,故vocos θ=v船是不正确的.
在这里船的实际运动是水平方向的运动,其产生的效果可以以A点为例说明,一是A点沿绳的运动,二是4点绕0点的转动,故船的实际速度v船应分解为沿绳方向的分速度v1和垂直于绳方向的分速度v2,而vl=v0,如***4所示,据平行四边形定则可知,
2.速度分解与力的分解――不管是力的分解还是速度的分解,都必须依据它的实际效果进行.
***5中,A点的实际速度方向沿水平方向,其产生的效果,一是A点沿绳的运动,二是A点绕0点的转动,故船的实际速度v船应分解为沿绳方向的分速度v1和垂直于绳方向的分速度v2,
***6中,A点的实际受拉力方向沿绳方向,其产生的效果,一是沿水平方向向右拉船,二是沿竖直向上的拉船,故拉力F应分解为沿水平方向分力F1,沿竖直方向的分力F2,
三、解题方法对比
1.合成与分解
合成与分解是用等效思想处理物理问题,一切矢量的合成与分解都遵循平行四边形定则,其核心只能将实际矢量进行分解,其特点是方法普遍适用,运算相对简单,但容易将力的合成和分解与运动的合成和分解混淆,有时实际效果难于判断,物理意义不太明确.如***5中为什么不可以分解为沿绳方向的拉绳速度v1和不垂直拉绳的速度v2,同时满足平行四边行定则呢?
2.微元法
微元法是分析、解决物理问题中的常用方法,也是从部分到整体的思维方法.用该方法可以使一些复杂的物理过程用我们熟悉的物理规律迅速地加以解决,使所求的问题简单化.在使用微元法处理问题时,需将其分解为众多微小的“元过程”,而且每个“元过程”所遵循的规律是相同的,这样,我们只需分析这些“元过程”,然后再将“元过程”进行必要的数学方法或物理思想处理,进而使问题求解.使用此方法会加强我们对已知规律的再思考,从而引起巩固知识、加深认识和提高能力的作用.
对于连续变化过程中的某个量,以全过程为研究对象难以求解,可选取微元为研究对象解题.微元法能力要求相对较高,但物理意义相对明确,容易理解.
四、模型变化对比
例1 如***9所示,在水平地面上做匀速直线运动的小车,通过定滑轮用绳子吊起一个物体,若小车和被吊的物体在同一时刻速度分别为v和vA绳子对物体的拉力为FT,物体所受重力为G,则下面说法正确的是
(
)
A.物体做匀速运动,且vA =v
B.物体做加速运动,且vA
C.物体做加速运动,且FT>G
D.物体做匀速运动,且FT=G
解析 把小车的速度为合速度进行分解,即根据运动效果向沿绳的方向和与绳垂直的方向进行正交分解,分别是V2、Vl.如***9所示,题中物体A的运动方向与连结处绳子的方向相同,不必分解.A的速度等于v2,vA=vcos θ,vAG,绳子对A的拉力大于重力,故选项BC正确.
例2 如***10所示,物体A、B以相同的速率v下降,物体C以速vx上升,当绳与竖直方向夹角为α时 则vx为多少?
解析 本题若单看左边就相当于***11情况,右边的绳只起一个控制作用,以保证C物体只在竖直方向运动,而若将***11中整个装置顺时针转过90。,就相当于船沿着河面靠岸,模仿“拉船”模型,将网筒的速度按***12所示分解,可得物体C上升vx=
对比法作为物理研究问题的一种思想方法,在高中物理学习中,不仅有利于接受新的概念,深入的理解概念的内涵和外延,开阔思维的广阔性和深刻性;而且便于理解规律中各个量的含义以及区分规律适用的条件,提高认知结构,使相关的物理知识在运用时得到激活;更重要便于培养科学思维能力和探究能力.同学们在今后的学习中应多加应用和体会.
《曲线运动》单元测试(B)参考答案
1.A 2.D 3.C 4.B 5.A 6.B 7.B 8.D 9. AD 10. BD 11. ABC
12. AD 13. 9.6,0.36,0.6 14. R--
15.,sn为n个时间间隔的距离,71为打点计时器的打点周期,R为圆盘半径.6.76~
6. 81 rad/s:
16. (1)1 s (2)2.4 m/s (3) 6.8 m 17. (1) 3N 方向竖直向下 (2)1.13 m
18.5 mg
19.
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